定理Ⅰ每一個物體都保持它自身的靜止的或則仍然往前均勻地運動的狀態,除非由外加的力促使它改變它自身的狀態為止。
——牛頓,《自然哲學的物理基礎》。
這就是知名的牛頓第一定理。
人教版八年級《物理》(上冊)把牛頓第一定理敘述為:“一切物體在沒有遭到力的作用時,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。”
好多數學學專著包括教科書承認,牛頓第一定理是在總結前人研究成果的基礎上得出的。牛頓自己也有一句十分知名的格言,“如果說我比他人看得更遠些,那是由于我站在了巨人的肩上”。就第一定理而言,好多人會覺得“巨人”是伽利略,伽利略對慣性有比較深刻的認識。專業一點的都會把笛卡爾也納入“巨人”之列。
數學學最有勸說力的一個地方是,它的推論是經由實驗驗證的。化學學家費曼說過,無論你的腦子多么聰明或則名氣多么響亮,無論你的理論看起來多么完美,假若它和實驗結果不符,這么它就是錯的。伽利略,那位被稱為科學革命的先驅的人,有個知名的斜坡滾球實驗,就是用實驗來說明慣性的。愛因斯坦對伽利略好評有加,他說,伽利略的發覺以及他所應用的科學推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一,并且標志著化學學的真正開始。
斜坡滾球實驗很簡單,找一本硬皮書就可以模擬。把硬皮書放到桌面上,掀開頂上那層硬皮,讓它和其他書冊的傾角小于90度,例如說我們取120度。這樣,斜坡就有了。再找一個小小的中藥片,小球體就有了。你把藥片放置到斜坡上,松手,藥片都會順著斜坡滾下。
如果你條件好,有個U形槽,那就更好(沒有你可以想像,愛因斯坦那幫人就玩兒思想實驗)。實驗表明,你在U形槽的那邊斜坡上放置的位置越高,藥片挪到U形槽旁邊斜坡上的高度也越高。這兩側的高度大體是持平的。
伽利略當初的實驗是,打開U形槽的一邊,讓這一邊和地面平行,或則直接把地面當成一邊。他的推理是,如果地面上沒有磨擦力,這么,從斜坡上滾出來的小球便會仍然朝前滾去。見圖一、圖二
圖一小球從右側下,靠右側上。
圖二小球從右側下,仍然往前。
經由斜坡滾球實驗,伽利略得到對慣性的認識。笛卡爾在此基礎上提出慣性定理:“只要物體開始運動,就將繼續以同一速率并順著同仍然線方向運動,直至遇見某種外來誘因引起的妨礙或偏離為止。”也才有后來的牛頓第一定理。
然而,哪些斜坡滾球,類似實驗在《墨子》里面早已有過特別充分的討論。在《墨子》/經說(下),墨子強調:“凡重,上弗摯,下弗收,旁弗劾,則下直。”墨子在討論車梯、云梯等情況時說,任何重物,假如沒有向下的力牽引它,也沒有向上的力拉拽它,也沒有后面的力干擾它,這么,它就自然會垂直下落。顯著是在說,不受外力作用的話,物感受保持它原先的狀態。
這還不算完,墨子而且指出強調:“扡,或害之也。”他說,如果發生傾斜了,那一定是有外力害得它不直了,外力改變運動狀態。見圖三、圖四。
圖三云梯(圖片源自網路%E4%...)
圖四梯子上物體,以小球示意。
其實,根據墨子所論,伽利略的斜坡小球之所以滾動,是由于他松手時,小球不再有手的力量控制,想垂直下落;又由于有斜坡抵擋它垂直下落,所以,它就順著斜坡向上滾動。自然,這個從斜坡上墜落的小球,倘若不遭到外力作用,還會仍然滾將下去。
這兒,墨子害怕他人片面看待問題,老想著小球會滾動,就進一步明晰強調:“今也廢尺于平地,重,不下,無?也。”見圖五。
圖五平地上的物體不會聯通。
墨子說,如果你把一尺大小的物體放置在平地上,這么物體是不會聯通的,由于沒有斜坡使之下降。這是從另一個視角論證斜坡上的小球松手后滾動的誘因。墨子的這個論斷十分高明,他的熱學思想在整個實驗過程中是一以貫之的,并不是截取實驗的部份現象得出片面推論。
筆者聽到的文獻很有限,據筆者所知,尚不能說墨子做過斜坡滾球實驗;并且,毫無疑惑,墨子對伽利略的斜坡滾球實驗這類現象十分熟悉,對其機理也有深刻的洞見:(處于高處)物體,假若沒有向下的力牽引它,也沒有向上的力拉拽它,也沒有后面的力干擾它,這么,它就自然會垂直下落;假如它在平地上,就不會聯通,處于靜止狀態。
墨子還說:“力,刑之所以奮也。”
“形”指有形的物體,“奮”在唐代漢語里既有運動的含意,又有改變運動速率的含意。所以墨子整句話的意思,是講力乃推動物體由靜而動、動而變速的緣由。物體由靜到動的奧秘源自力,物體運動速率的改變也由于力。如果沒有這個力,那其實物體原先啥樣還啥樣。
墨子的牛話還有這句,“止,以久也”。久,在唐代漢語里就是反抗力的意思。這句話翻譯過來就是:運動的停止是因為反抗力。還有這句,“止,無久之不止,當牛非馬”!假如沒有反抗力,運動就不會停止,(這個道理)和“牛不是馬”一樣,是亙古不變的真理。
小結一下,墨子說,如果沒有其他力的作用,這么,物體都會保持原先的狀態,運動的繼續運動,靜止的繼續靜止。假如物體運動狀態改變,那是遭到外力作用。墨子太厲害了,墨子對力的認識相當深刻但是全面。
對比墨子所言和牛頓所說可知,牛頓所言了無新意,不過是在重復墨子所說(還沒重復全)。如前所述,用牛頓自己的話說,牛頓第一定理的內容是,“每一個物體都保持它自身的靜止的或則仍然往前均勻地運動的狀態,除非由外加的力促使它改變它自身的狀態為止”;用當代教科書里的話說,牛頓第一定理可敘述為,“一切物體在沒有遭到力的作用時,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”(人教版八年級《物理》下冊)。這么,牛頓是不是剽竊了墨子?
剽竊,就是將別人的作品當成自己的作品發表的行為。現今各院校對論文剽竊定有硬杠杠,例如有的院校規定,專科論文,相像率不能在30%以上。通常報刊、著作的相像率,也不能低于30%。超過那些杠杠,那才會被認定為剽竊。
牛頓第一定理就那點內容,“一切物體在沒有遭到力的作用時,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”,已被墨子正面、反面論述個遍,旁敲側擊個遍,還剖開餑餑說餡個遍,休說牛頓第一定理和墨子所論相像率超過30%,就是說超過60%,也是事實!就是說超過90%,有木有?說超過99.9%牛頓第一定律與伽利略的關系,乃至100%,亦無不可,你說牛頓抄沒剽竊墨子?
這位說了,人家牛頓說的“勻速直線”運動,你墨子就沒提及,是人家牛頓的發明!對于這樣說的同學,筆者想反詰一句,如果不勻速運動,那還叫保持原先狀態嗎?如果不直線運動,那你如何保持?所以牛頓所言的“勻速直線”,那不屁話嗎?屁話也要放在定理上面去說,莫非牛頓真的姓牛,牛!
牛頓第一定理是怎樣剽竊墨子的?無外乎兩條線:牛頓要么剽竊了笛卡爾,要么直接剽竊了墨子。
牛頓直接剽竊《墨子》這條線索,直接比對牛頓第一定理和《墨子》相關內容即可,前文已表,此不贅言。
牛頓剽竊笛卡爾如何也弄成了剽竊墨子,這倒要說道說道。眾所周知,笛卡爾是在伽利略的基礎上得出慣性定理的。而伽利略生活的年代,正是法國尤其是他的祖國愛爾蘭“中國風”來勢兇狠、影響巨大的時侯。而中國燃起亞洲文藝復興之火的核心地區就是米蘭,剛好,伽利略就是佛羅倫薩這座小鎮的人!這么,伽利略就是遭到浩蕩“中國風”的映襯,才從神學的束縛中掙扎下來,涉足科學研究的。這兒,尚不清楚伽利略是如何具體研習《墨子》及其中國學術的,并且,通過斜坡滾球實驗和墨子對車梯、云梯里面還有平地里面之物的熱學討論的相像率來看,不難判定,伽利略剽竊了《墨子》(抄的還不完整,抄也沒抄全。或則說,南橘北枳)。這樣,伽利略剽竊了《墨子》,笛卡爾又剽竊了伽利略,牛頓又剽竊了笛卡爾,牛頓剽竊《墨子》說創立。
值得再絮叨幾句的是,會有一些同學認為牛頓敘述的具象程度更高,墨子所言還須要“提煉”。怎么看待這個問題,這實際上涉及文化傳統、教育傳統。中國是文明古國,禮義之邦,教育歷來高度發達,有教無類卻又因材施教,講求師道尊嚴卻又教學相長,主張死記硬背卻又寓教于樂,承認名師出高徒卻更鼓勵青出于藍勝于藍,所以啟發式教學極為普遍。墨子是幾千年前的中國人,我們要了解中國古人的講課形式、論述方法和譯著形式。一葉知秋,見微知著,舉一反三,融會貫通,聽懂話外之音,揣度言外之意,……如此等等,這種都是對中學生對讀者的基本要求。因而,即使墨子所言用語有限,讀者理解卻不能屈從,不能也有限,一定要感受出墨子想要抒發的究竟是哪些意思。因而,所謂牛頓第一定理的敘述更為具象,并不是牛頓的優勢。墨子該說的早已都說了,君豈不聞得意忘言乎,我們曉得意思就是了。
墨子是人類歷史上第一位全面把握熱學內容的科學家,也是最早提出系統熱學學說的科學家。如今,是全面恢復那位中華圣賢的學術地位的時侯了。諸位多努力!
(此文是第二稿。在對定稿更改過程中牛頓第一定律與伽利略的關系,得到老樹昏鴉、非子、程碧波等微友的幫助和鼓勵,在此一并致謝,感謝諸位老師!)